Nanoteknik spelar en viktig roll för att ta bort giftiga kemikalier som finns i jorden. För närvarande använder eller testar mer än 70 Environmental Protection Agency (EPA) Superfund-platser nanopartiklar för att ta bort eller bryta ned miljöföroreningar. En av dessa-nano-noll-valent järn-används ofta, även om dess effekt på organismer inte har undersökts.

I ett nyligen genomfört experiment, ett team av forskare från UC Santa Barbara testade effekten av sulfuriserat nano-nollvalent järn (FeSSi) på en vanlig sötvattenalg (Chlamydomonas reinhardtii). De fann att FeSSi tog upp kadmium från ett vattent medium och lindrade kadmiumtoxicitet för den algen i mer än en månad. Deras resultat visas i journalen ACS Nano .

"Dock, när FeSSi gjorde vad den var designad för att göra, vi fann att det var upp till 10 gånger giftigare när det var bundet till kadmium än utan, " sa huvudförfattaren Louise Stevenson, en postdoktor vid UCSB:s institution för ekologi, Evolution och marinbiologi (EEMB). "De nuvarande standarderna för vad som är en acceptabel koncentration att använda är baserade på data från själva partikeln obunden till föroreningen. Vårt arbete tyder på att dessa tillåtna gränser potentiellt kan vara enorma underskattningar av den faktiska toxiciteten."

För att simulera en nederbördshändelse där giftigt material från jord sköljer ut i en vattenväg, forskarna doserade C. reinhardtii med den kadmiumspetsade FeSSi och väntade en timme innan de gjorde mätningar. De fann att organiskt material som algerna själva producerade som en biprodukt av fotosyntesen mildrade FeSSi-toxiciteten och tillät nanopartikeln att sanera upp till fyra gånger så mycket kadmium.

"Det organiska materialet gör FeSSi-partikeln mindre giftig, vilket möjliggör en större saneringszon och ökar kadmiumkoncentrationerna som kan användas, ", sa Stevenson. "Det är intressant eftersom varje naturligt system innehåller något organiskt material. Tillsammans med nanopartiklarnas toxiska effekt bara på cellviabiliteten, vi identifierade en viktig återkoppling mellan organiskt material som produceras av algerna i sig, vilket minskar toxiciteten, vilket minskar toxiciteten för algerna.

Enligt Stevenson, miljöeffekterna av nanoteknik är mycket kontextspecifika, gör övergripande förutsägelser svåra. Så, UCSB-teamet designade en dynamisk ekologisk modell som kan användas för att extrapolera vad de empiriskt testade. Utredarna samlade ihop tillräckligt med data för att utveckla en serie ekvationer för att beskriva dynamiken i de koncentrationer de testade.

"Vi utvecklar ny teknik snabbare än vi kan förutse dess miljöpåverkan, ", noterade Stevenson. "Det gör det mycket viktigt att designa experiment som är ekologiskt och miljömässigt relevanta men också komma åt dynamik som kan extrapoleras till andra system."